CN107502790B - 纳米孔铝合金材料及其制造方法以及保护系统 - Google Patents

纳米孔铝合金材料及其制造方法以及保护系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及纳米孔铝合金材料及纳米孔铝合金材料的制造方法，尤其涉及孔直径为25nm‑900nm、孔总体积占基体体积的百分比为82％以上、材料的密度为0.483g/cm3以下、25℃时的等效热导率为0.0339W/(m·k)以下、1000℃的热膨胀系数为2.58×10‑6/K以下、抗压强度为750MPa以上、抗拉强度为665MPa以上、单位重量能量吸收量为118MJ/kg以上、60‑1000MHz下的屏蔽衰减值在150dB以上的纳米孔铝合金材料。根据本发明实施例的保护系统具有耐超高温、防爆、屏蔽、绝缘、耐腐蚀的作用。

Description

纳米孔铝合金材料及其制造方法以及保护系统
技术领域
本发明涉及纳米孔铝合金材料及纳米孔铝合金材料的制造方法，尤其涉及孔直径为25nm-900nm、孔总体积占基体体积的百分比为82％以上、材料的密度为0.483g/cm3以下、25℃时的等效热导率为0.0339W/(m·k)以下、1000℃的热膨胀系数为2.58×10-6/K以下、抗压强度为750MPa以上、抗拉强度为665MPa以上、单位重量能量吸收量为118MJ/kg以上、60-1000MHz下的屏蔽衰减值在150dB以上的纳米孔铝合金材料；还涉及基于纳米孔铝合金材料的保护系统，包括纳米铝合金材料、通过耐超高温粘接剂分别粘接在其两侧的金属层和凝胶材料，该保护系统具有耐超高温、防爆、屏蔽、绝缘和耐腐蚀的作用。
背景技术
随着科技的进步和社会发展需要，人类探索的范围越来越广，航空航天、石油化工、电力、通讯、能源、建筑、交通等领域持续发展，随之而来的是越来越复杂和苛刻的科技运行环境。如何应用新材料和新工艺制造能够在爆炸、腐蚀、高温、电磁干扰等特殊环境中保护内部组件的保护系统，实现电、磁、信号等的正常传输，对复杂特殊运行环境实现能量供给、监控、检测和控制，意义重大。
发明内容
本发明旨在提供孔直径为25nm-900nm、孔总体积占基体体积的百分比为82％以上、材料的密度为0.483g/cm3以下、25℃时的等效热导率为0.0339W/(m·k)以下、1000℃的热膨胀系数为2.58×10-6/K以下、抗压强度为750MPa以上、抗拉强度为665MPa以上、单位重量能量吸收量为118MJ/kg以上、60-1000MHz下的屏蔽衰减值在150dB以上的纳米孔铝合金材料及其制造方法，并提供基于纳米孔铝合金材料的保护系统，包括纳米铝合金材料、通过耐超高温粘接剂分别粘接在其两侧的金属层和凝胶材料，该保护系统具有耐超高温、防爆、屏蔽、绝缘和耐腐蚀的作用。
本发明主旨如下：
(1)一种纳米孔铝合金材料，所述纳米孔铝合金材料按重量百分比包含以下组分：铁Fe 0.01％-2.5％、硅Si 0.01％-2％、铜Cu 0.01％-2％、硼B 0.00％-0.8％、镁Mg0.01％-8％、钪Sc 0.00％-2％、锂Li 0.00％-2％、铍Be 0.00％-0.5％、钛Ti 0.00％-0.8％、钒V0.00％-1.0％、铬Cr 0.00％-1.0％、锰Mn 0.00％-5％、钴Co 0.00％-1.0％、镍Ni 0.00％-5％、锌Zn 0.00％-10％、铷Rb 0.00％-1.5％、锶Sr 0.00％-2％、钇Y 0.00％-2.0％、锆Zr 0.00％-2.0％、铌Nb 0.00％-2.0％、镧La 0.00％-1.0％、铈Ce 0.00％-2.0％、钕Nd 0.00％-2.0％、镱Yb 0.00％-1.0％，其余为铝；所述纳米孔铝合金材料中均匀分布独立封闭的纳米孔，孔直径为25nm-900nm，孔总体积占基体体积的百分比为82％以上，所述纳米孔铝合金材料的密度为0.483g/cm3以下，25℃时的等效热导率为0.0339W/(m·k)以下，1000℃的热膨胀系数为2.58×10-6/K以下，抗压强度为750MPa以上，抗拉强度为665MPa以上，单位重量能量吸收量为118MJ/kg以上，60-1000MHz下的屏蔽衰减值在150dB以上。
(2)根据上述(1)所述的纳米孔铝合金材料，所述纳米孔铝合金材料按重量百分比含有钪Sc 0.001％-2％和锶Sr 0.001％-2％，并含硼B 0.001％-0.8％、锂Li 0.001％-2％、铍Be 0.001％-0.5％、钛Ti 0.001％-0.8％、钒V0.001％-1.0％、铬Cr 0.001％-1.0％、锰Mn 0.001％-5％、钴Co 0.001％-1.0％、镍Ni 0.001％-5％、锌Zn 0.001％-10％、铷Rb 0.001％-1.5％、锶Sr 0.001％-2％、钇Y 0.001％-2.0％、锆Zr 0.001％-2.0％、铌Nb0.001％-2.0％、镧La 0.001％-1.0％、铈Ce 0.001％-2.0％、钕Nd 0.001％-2.0％、镱Yb0.001％-1.0％。
(3)根据上述(1)-(2)任一所述的纳米孔铝合金材料的制造方法，所述方法包括：按重量百分比将以下元素：铁Fe 0.01％-2.5％、硅Si 0.01％-2％、铜Cu 0.01％-2％、硼B0.00％-0.8％、镁Mg 0.01％-8％、钪Sc 0.00％-2％、锂Li 0.00％-2％、铍Be 0.00％-0.5％、钛Ti 0.00％-0.8％、钒V0.00％-1.0％、铬Cr 0.00％-1.0％、锰Mn 0.00％-5％、钴Co 0.00％-1.0％、镍Ni 0.00％-5％、锌Zn 0.00％-10％、铷Rb 0.00％-1.5％、锶Sr0.00％-2％、钇Y 0.00％-2.0％、锆Zr 0.00％-2.0％、铌Nb 0.00％-2.0％、镧La 0.00％-1.0％、铈Ce 0.00％-2.0％、钕Nd 0.00％-2.0％、镱Yb 0.00％-1.0％，其余为铝，进行配料，以此准备铝锭和其它各元素的中间合金锭；将铝锭熔化成铝熔体，使铝熔体温度保持在750℃以上，添加各其它元素的中间合金，并将铝合金熔体加热至820℃，精炼处理；将增黏剂在加入铝合金熔体前在750℃的温度下烘烤5min；发泡处理，向铝合金熔体中添加增黏剂、发泡剂，进行纳米孔发泡处理，保温静置2min-30min；成型处理，通过热加工制成纳米孔铝合金坯料，经过成型工序制成纳米孔铝合金管；所述增黏剂为粒径15nm-28nm的Al2O3，添加量占铝合金熔体总量的0.5％-3.5％；所述发泡剂为粒径为25nm-300nm的TiH2和ZrH2按质量比为1:2混合得到，所述发泡剂的添加量占铝合金熔体总量的0.8％-3.5％。
(4)一种保护系统，所述保护系统在由上述(1)-(2)任一所述的纳米孔铝合金材料、金属层和凝胶材料构成，金属层和凝胶材料分别在纳米孔铝合金材料的两侧，并分别通过耐超高温粘接剂与纳米孔铝合金材料粘接，所述系统具有耐超高温、防爆、屏蔽、绝缘和耐腐蚀的作用。
(5)根据上述(4)所述的保护系统，所述凝胶材料的最高使用温度在1600℃以上，最小体积电阻率在14×1016Ω·cm以上，最小电气强度在350MV/m以上。
(6)根据上述(4)-(5)所述的保护系统，所述耐超高温粘接剂在1600℃以上的温度保持粘接作用。
与现有技术相比，本发明的纳米孔铝合金材料，直径为25nm-900nm、孔总体积占基体体积的百分比为82％以上、材料的密度为0.483g/cm3以下，具有优异的机械性能、耐超温和耐爆炸冲击性能，同时具有优异的抗电磁屏蔽性能和耐腐蚀性能。其在25℃时的等效热导率为0.0339W/(m·k)以下、1000℃的热膨胀系数为2.58×10-6/K以下、抗压强度为750MPa以上、抗拉强度为665MPa以上、单位重量能量吸收量为118MJ/kg以上、60-1000MHz下的屏蔽衰减值在150dB以上。
本发明的保护系统基于纳米孔铝合金材料，将金属层和凝胶材料通过耐超高温粘接剂分别粘接在纳米铝合金材料的两侧。该保护系统具有耐超高温、防爆、屏蔽、绝缘、耐腐蚀的作用，可以保护内部组件不受损坏，正常运行。
附图说明
图1为根据本发明所涉及的保护系统的剖面图。
图中，1-金属层、2-耐超高温粘接层、3-纳米孔铝合金材料、4-凝胶材料。
具体实施方式
本发明实施方式的特征在于实现孔直径为25nm-900nm、孔总体积占基体体积的百分比为82％以上、材料的密度为0.483g/cm3以下、25℃时的等效热导率为0.0339W/(m·k)以下、1000℃的热膨胀系数为2.58×10-6/K以下、抗压强度为750MPa以上、抗拉强度为665MPa以上、单位重量能量吸收量为118MJ/kg以上、60-1000MHz下的屏蔽衰减值在150dB以上的纳米孔铝合金材料。
本发明实施方式的纳米孔铝合金材料的制造方法包括熔炼、熔体发泡处理、成型工序。
本发明实施方式的纳米孔铝合金材料，还提供基于纳米孔铝合金材料的保护系统，具体为，将金属层和凝胶材料通过耐超高温粘接剂分别粘接在纳米铝合金材料的两侧。该保护系统具有耐超高温、防爆、屏蔽、绝缘的作用。
为使本发明技术方案和优点更加清楚，通过以下几个具体实施例对本发明作进一步详细描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
纳米孔铝合金材料的制造方法：
步骤一：熔炼
按重量百分比：铁Fe 0.19％、硅Si 0.25％、铜Cu 0.35％、硼B 0.002％、镁Mg0.01％、钪Sc 0.003％、锂Li 0.003％、镍Ni 0.002％、锌Zn 0.009％、锶Sr 0.004％、锆Zr0.001％、钕Nd 0.005％，其余为铝，进行配料；
将铝锭熔化成铝熔体，使铝熔体温度保持在750℃以上，添加各其它元素的中间合金，并将铝合金熔体加热至820℃，精炼处理。
步骤二：发泡处理
采用粒径15nm的Al2O3作为增黏剂，添加量占铝合金熔体总量的0.5％；增黏剂在加入铝合金熔体前在750℃的温度下烘烤5min；
采用粒径为25nm、按质量比为1:2混合的TiH2和ZrH2作为发泡剂，添加量占铝合金熔体总量的0.8％；
向铝合金熔体中添加增黏剂、发泡剂，进行纳米孔发泡处理，保温静置10min；
通过热加工制成纳米孔铝合金坯料，经过成型工序制成纳米孔铝合金管；
根据本实施例得到的纳米孔铝合金材料中均匀分布独立封闭的纳米孔，孔直径为25nm-900nm，孔总体积占基体体积的百分比为82％以上，材料的密度为0.483g/cm3以下，25℃时的等效热导率为0.0339W/(m·k)以下，1000℃的热膨胀系数为2.58×10-6/K以下，抗压强度为750MPa以上，抗拉强度为665MPa以上，单位重量能量吸收量为118MJ/kg以上，60-1000MHz下的屏蔽衰减值在150dB以上。
实施例2
纳米孔铝合金材料的制造方法：
步骤一：熔炼
按重量百分比：铁Fe 0.55％、硅Si 0.61％、铜Cu 0.43％、硼B 0.001％、镁Mg0.02％、钪Sc 0.005％、锂Li 0.01％、铍Be 0.001％、钛Ti 0.001％、镍Ni 0.008％、锌Zn0.08％、锶Sr 0.005％、锆Zr 0.006％、铌Nb 0.001％、钕Nd 0.009％，其余为铝，进行配料；
将铝锭熔化成铝熔体，使铝熔体温度保持在750℃以上，添加各其它元素的中间合金，并将铝合金熔体加热至820℃，精炼处理。
步骤二：发泡处理
采用粒径20nm的Al2O3作为增黏剂，添加量占铝合金熔体总量的1.5％；增黏剂在加入铝合金熔体前在750℃的温度下烘烤5min；
采用粒径为58nm、按质量比为1:2混合的TiH2和ZrH2作为发泡剂，添加量占铝合金熔体总量的1.2％；
向铝合金熔体中添加增黏剂、发泡剂，进行纳米孔发泡处理，保温静置15min；
通过热加工制成纳米孔铝合金坯料，经过成型工序制成纳米孔铝合金管；
根据本实施例得到的纳米孔铝合金材料中均匀分布独立封闭的纳米孔，孔直径为25nm-900nm，孔总体积占基体体积的百分比为82％以上，材料的密度为0.483g/cm3以下，25℃时的等效热导率为0.0339W/(m·k)以下，1000℃的热膨胀系数为2.58×10-6/K以下，抗压强度为750MPa以上，抗拉强度为665MPa以上，单位重量能量吸收量为118MJ/kg以上，60-1000MHz下的屏蔽衰减值在150dB以上。
实施例3
纳米孔铝合金材料的制造方法：
步骤一：熔炼
按重量百分比：铁Fe 0.69％、硅Si 0.81％、铜Cu 0.65％、硼B 0.002％、镁Mg0.05％、钪Sc 0.01％、锂Li 0.001％、钛Ti 0.002％、锰Mn 0.06％、钴Co 0.001％、镍Ni0.05％、锌Zn 0.05％、锶Sr 0.007％、锆Zr 0.002％、铈Ce 0.002％、钕Nd 0.003％、镱Yb0.001％，其余为铝，进行配料；
将铝锭熔化成铝熔体，使铝熔体温度保持在750℃以上，添加各其它元素的中间合金，并将铝合金熔体加热至820℃，精炼处理。
步骤二：发泡处理
采用粒径28nm的Al2O3作为增黏剂，添加量占铝合金熔体总量的3.5％；增黏剂在加入铝合金熔体前在750℃的温度下烘烤5min；
采用粒径为300nm、按质量比为1:2混合的TiH2和ZrH2作为发泡剂，添加量占铝合金熔体总量的3.5％；
向铝合金熔体中添加增黏剂、发泡剂，进行纳米孔发泡处理，保温静置2min-30min；
通过热加工制成纳米孔铝合金坯料，经过成型工序制成纳米孔铝合金管；
根据本实施例得到的纳米孔铝合金材料中均匀分布独立封闭的纳米孔，孔直径为25nm-900nm，孔总体积占基体体积的百分比为82％以上，材料的密度为0.483g/cm3以下，25℃时的等效热导率为0.0339W/(m·k)以下，1000℃的热膨胀系数为2.58×10-6/K以下，抗压强度为750MPa以上，抗拉强度为665MPa以上，单位重量能量吸收量为118MJ/kg以上，60-1000MHz下的屏蔽衰减值在150dB以上。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种保护系统，其特征在于，所述保护系统由纳米孔铝合金材料、金属层和凝胶材料构成，金属层和凝胶材料分别在纳米孔铝合金材料的两侧，并分别通过耐超高温粘接剂与纳米孔铝合金材料粘接；所述纳米孔铝合金材料按重量百分比由以下元素组成：铁Fe0.01％-2.5％、硅Si 0.01％-2％、铜Cu 0.01％-2％、硼B 0.001％-0.8％、镁Mg 0.01％-8％、钪Sc 0.001％-2％、锂Li 0.001％-2％、铍Be 0.001％-0.5％、钛Ti 0.001％-0.8％、钒V 0.001％-1.0％、铬Cr 0.001％-1.0％、锰Mn 0.001％-5％、钴Co 0.001％-1.0％、镍Ni0.001％-5％、锌Zn 0.001％-10％、铷Rb 0.001％-1.5％、锶Sr 0.001％-2％、钇Y0.001％-2.0％、锆Zr 0.001％-2.0％、铌Nb 0.001％-2.0％、镧La 0.001％-1.0％、铈Ce0.001％-2.0％、钕Nd 0.001％-2.0％、镱Yb 0.001％-1.0％，其余为铝；所述纳米孔铝合金材料中均匀分布独立封闭的纳米孔，孔直径为25nm-900nm，孔总体积占基体体积的百分比为82％以上，所述纳米孔铝合金材料的密度为0.483g/cm3以下，25℃时的等效热导率为0.0339W/(m·k)以下，1000℃的热膨胀系数为2.58×10-6/K以下，抗压强度为750MPa以上，抗拉强度为665MPa以上，单位重量能量吸收量为118MJ/kg以上，60-1000MHz下的屏蔽衰减值在150dB以上；所述凝胶材料的最高使用温度在1600℃以上，最小体积电阻率在14×1016Ω·cm以上，最小电气强度在350MV/m以上。
2.根据权利要求1所述的保护系统，其特征在于，所述耐超高温粘接剂在1600℃以上的温度保持粘接作用。
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